基于计算流体力学的车辆消声器仿真和优化

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压力损失是评价消声器空气动力性的重要指标,直接影响着车辆发动机的效能与消声器的使用寿命,开展压力损失的研究对于开发出性能优良的消声器具有重要意义。因此,为降低消声器的压力损失,本论文从计算流体力学理论出发,针对空气动力学性能这一重要评价指标进行探究,使用流体软件FLUENT研究消声器各基本消声单元的压力损失,寻找不同消声单元参数对消声器压力损失的规律。本文的主要研究工作包括:首先,阐述了消声器的分类原理和计算流体力学方法的相关理论基础,介绍了消声器性能评价指标及仿真分析前处理条件的设置,并且针对简单扩张式消声器,结合理论方法和对比文献试验法,对流体动力学方法进行了仿真可行性验证。其次,以简单扩张腔为研究对象,针对不同结构对消声器性能的影响分析,包括出口管截面形状、弯管处理、腔体的形状、挡板的数量长度及位置、穿孔板孔径及孔数等结构,通过对这些基本消声单元结构的仿真计算,主要根据消声器的压力场、速度场、湍动能场和涡流声功率级云图,分析引起压损的原因,找到影响压损的规律。对出口形状参数的研究表明:出口管截面角度和压损呈负相关,压损随着消声器出口管圆角角度的变缓而减少,出口采用弯管状处理,气体回流现象得到部分缓解,空气动力性提升;对腔体形状结构参数的研究表明:在横截面积与进出口管的面积变化相差较小时,产生的压损较小;对挡板结构参数研究表明:消声压力损失与消声器挡板数量成正比,交错排列压损递增幅度较大,挡板在腔中间位置空气动力性最优,对穿孔板处理可以提升空气动力性,孔数、孔径因素对空气动力学影响较为明显,其穿孔板孔率越大压损越小。然后通过对组合结构的消声器进行综合考虑分析,所得结论可以指导消声器的改进工作。最后,通过分析结果并结合现有规律,阐述消声器设计依据和要求,对原柴油机消声器结构进行了优化,对比原消声器设计方案的缺点,提出了优化方案,在满足声学性能的基础上,使消声器压力损失明显减少。
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